Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

<< Hlor | Oglavlenie | Kalii >>

Argon

Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

V 1785 g. angliiskii himik i fizik G. Kavendish obnaruzhil v vozduhe kakoi-to novyi gaz, neobyknovenno ustoichivyi himicheski. Na dolyu etogo gaza prihodilas' primerno odna sto dvadcataya chast' ob'ema vozduha. No chto eto za gaz, Kavendishu vyyasnit' ne udalos'.

Ob etom opyte vspomnili 107 let spustya, kogda Dzhon Uil'yam Stratt (lord Relei) natolknulsya na tu zhe primes', zametiv, chto azot vozduha tyazhelee, chem azot, vydelennyi iz soedinenii. Ne naidya dostovernogo ob'yasneniya anomalii, Relei cherez zhurnal "Nature" obratilsya k kollegam-estestvoispytatelyam s predlozheniem vmeste podumat' i porabotat' nad razgadkoi ee prichin...

Spustya dva goda Relei i U. Ramzai ustanovili, chto v azote vozduha deistvitel'no est' primes' neizvestnogo gaza, bolee tyazhelogo, chem azot, i kraine inertnogo himicheski.

Kogda oni vystupili s publichnym soobsheniem o svoem otkrytii, eto proizvelo oshelomlyayushee vpechatlenie. Mnogim kazalos' neveroyatnym, chtoby neskol'ko pokolenii uchenyh, vypolnivshih tysyachi analizov vozduha, proglyadeli ego sostavnuyu chast', da eshe takuyu zametnuyu - pochti procent!

Kstati, imenno v etot den' i chas, 13 avgusta 1894 g., argon i poluchil svoe imya, kotoroe v perevode s grecheskogo znachit "nedeyatel'nyi". Ego predlozhil predsedatel'stvovavshii na sobranii doktor Medan.

Mezhdu tem net nichego udivitel'nogo v tom, chto argon tak dolgo uskol'zal ot uchenyh. Ved' v prirode on sebya reshitel'no nichem ne proyavlyal! Naprashivaetsya parallel' s yadernoi energiei: govorya o trudnostyah ee vyyavleniya, A. Einshtein zametil, chto nelegko raspoznat' bogacha, esli on ne tratit svoih deneg...

Skepsis uchenyh byl bystro razveyan eksperimental'noi proverkoi i ustanovleniem fizicheskih konstant argona. No ne oboshlos' bez moral'nyh izderzhek: rasstroennyi napadkami kolleg (glavnym obrazom himikov) Relei ostavil izuchenie argona i himiyu voobshe i sosredotochil svoi interesy na fizicheskih problemah. Bol'shoi uchenyi, on i v fizike dostig vydayushihsya rezul'tatov, za chto v 1904 g. byl udostoen Nobelevskoi premii. Togda v Stokgol'me on vnov' vstretilsya s Ramzaem, kotoryi v tot zhe den' poluchal Nobelevskuyu premiyu za otkrytie i issledovanie blagorodnyh gazov, v tom chisle i argona.

Oblik "nedeyatel'nogo" gaza

Himicheskaya inertnost' argona (kak i drugih gazov etoi gruppy) i odnoatomnost' ego molekul ob'yasnyayutsya prezhde vsego predel'noi nasyshennost'yu elektronnyh obolochek. Tem ne menee razgovor o himii argona segodnya ne bespredmeten.

Est' osnovaniya schitat', chto isklyuchitel'no nestoikoe soedinenie Hg - Ar, obrazuyusheesya v elektricheskom razryade, - eto podlinno himicheskoe (valentnoe) soedinenie. Ne isklyucheno, chto budut polucheny valentnye soedineniya argona s ftorom i kislorodom, kotorye, skoree vsego, budut neustoichivymi, Kak nestoiki i dazhe vzryvoopasny okisly ksenona - gaza, bolee tyazhelogo i yavno bolee sklonnogo k himicheskim reakciyam, chem argon.

Eshe v konce proshlogo veka francuz Viiyar, szhimaya argon pod vodoi pri 0^oC, poluchil kristallogidrat sostava Ar ^. 6N₂O, a v 20...30-h godah XX stoletiya B.A. Nikitinym, R.A. Frankranom i drugimi issledovatelyami pri povyshennyh davleniyah i nizkih temperaturah byli polucheny kristallicheskie klatratnye soedineniya argona s H₂S, SO₂, galogenovodorodami, fenolami i nekotorymi drugimi veshestvami. V 1976 g. poyavilos' soobshenie o sinteze gidrida argona, no poka eshe trudno skazat', yavlyaetsya li etot gidrid istinno himicheskim, valentnym soedineniem.

Vot poka i vse uspehi himii...

Iz podgruppy tyazhelyh inertnyh gazov argon samyi legkii. On tyazhelee vozduha v 1,38 raza. Zhidkost'yu stanovitsya pri - 185,9^oC, zatverdevaet pri - 189,4^oC (v usloviyah normal'nogo davleniya). V otlichie ot geliya i neona, on dovol'no horosho adsorbiruetsya na poverhnostyah tverdyh tel i rastvoryaetsya v vode (3,29 sm³ v 100 g vody pri 20^oC). Eshe luchshe rastvoryaetsya argon vo mnogih organicheskih zhidkostyah. Zato on prakticheski nerastvorim v metallah i ne diffundiruet skvoz' nih.

Kak vse inertnye gazy, argon diamagniten. Eto znachit, chto ego magnitnaya vospriimchivost' otricatel'na, on okazyvaet bol'shee protivodeistvie magnitnym silovym liniyam, chem pustota. Eto svoistvo argona (kak i mnogie drugie) ob'yasnyaetsya "zamknutost'yu" elektronnyh obolochek ego atomov.

Pod deistviem elektricheskogo toka argon yarko svetitsya, sine-goluboe svechenie argona shiroko ispol'zuetsya v svetotehnike.

Teper' o vliyanii argona na zhivoi organizm. Pri vdyhanii smesi iz 69% Ar, 11% azota i 20% kisloroda pod davleniem 4 atm voznikayut yavleniya narkoza, kotorye vyrazheny gorazdo sil'nee, chem pri vdyhanii vozduha pod tem zhe davleniem. Narkoz mgnovenno ischezaet posle prekrasheniya podachi argona. Prichina - v nepolyarnosti molekul argona, povyshennoe zhe davlenie usilivaet rastvorimost' argona v nervnyh tkanyah.

Biologi nashli, chto argon blagopriyatstvuet rostu rastenii. Dazhe v atmosfere chistogo argona semena risa, kukuruzy, ogurcov i rzhi vykinuli rostki. Luk, morkov' i salat horosho prorastayut v atmosfere, sostoyashei iz 98% argona i tol'ko 2% kisloroda.

Na Zemle i vo Vselennoi

Na Zemle argona namnogo bol'she, chem vseh prochih elementov ego gruppy, vmeste vzyatyh. Ego srednee soderzhanie v zemnoi kore (klark) v 14 raz bol'she, chem geliya, i v 57 raz bol'she, chem neona. Est' argon i v vode, do 0,3 sm³ v litre morskoi i do 0,55 sm³ v litre presnoi vody. Lyubopytno, chto v vozduhe plavatel'nogo puzyrya ryb argona nahodyat bol'she, chem v atmosfernom vozduhe. Eto potomu, chto v vode argon rastvorim luchshe, chem azot...

Glavnoe "hranilishe" zemnogo argona - atmosfera. Ego v nei (po vesu) 1,286%, prichem 99,6% atmosfernogo argona - eto samyi tyazhelyi izotop - argon-40. Eshe bol'she dolya etogo izotopa v argone zemnoi kory. Mezhdu tem u podavlyayushego bol'shinstva legkih elementov kartina obratnaya - preobladayut legkie izotopy.

Prichina etoi anomalii obnaruzhena v 1943 g. V zemnoi kore nahoditsya moshnyi istochnik argona-40 - radioaktivnyi izotop kaliya ⁴⁰K. Etogo izotopa na pervyi vzglyad v nedrah nemnogo - vsego 0,0119% ot obshego soderzhaniya kaliya. Odnako absolyutnoe kolichestvo kaliya-40 veliko, poskol'ku kalii - odin iz samyh rasprostranennyh na nashei planete elementov. V kazhdoi tonne izverzhennyh porod 3,1 g kaliya-40.

Radioaktivnyi raspad atomnyh yader kaliya-40 idet odnovremenno dvumya putyami. Primerno 88% kaliya-40 podvergaetsya beta raspadu i prevrashaetsya v kal'cii-40. No v 12 sluchayah iz 100 (v srednem) yadra kaliya-40 ne izluchayut, a, naoborot, zahvatyvayut po odnomu elektronu s blizhaishei k yadru K-orbity ("K-zahvat"). Zahvachennyi elektron soedinyaetsya s protonom - obrazuetsya novyi neitron v yadre i izluchaetsya neitrino. Atomnyi nomer elementa umen'shaetsya na edinicu, a massa yadra ostaetsya prakticheski neizmennoi. Tak kalii prevrashaetsya v argon.

Period poluraspada ⁴⁰K dostatochno velik - 1,3 mlrd let. Poetomu process obrazovaniya ⁴⁰Ar v nedrah Zemli budet prodolzhat'sya eshe dolgo, ochen' dolgo. Poetomu, hotya i chrezvychaino medlenno, no neuklonno budet vozrastat' soderzhanie argona v zemnoi kore i atmosfere, kuda argon "vydyhaetsya" litosferoi v rezul'tate vulkanicheskih processov, vyvetrivaniya i perekristallizacii gornyh porod, a takzhe vodnymi istochnikami.

Pravda, za vremya sushestvovaniya Zemli zapas radioaktivnogo kaliya osnovatel'no istoshilsya - on stal v 10 raz men'she (esli vozrast Zemli schitat' ravnym 4,5 mlrd let.).

Sootnoshenie izotopov ⁴⁰Ar: ⁴⁰K i ⁴⁰Ar: ³⁶Ar v gornyh porodah leglo v osnovu argonnogo metoda opredeleniya absolyutnogo vozrasta mineralov. Ochevidno, chem bol'she eti otnosheniya, tem drevnee poroda. Argonnyi metod schitaetsya naibolee nadezhnym dlya opredeleniya vozrasta izverzhennyh porod i bol'shinstva kaliinyh mineralov. Za razrabotku etogo metoda professor E.K. Gerling v 1963 godu udostoen Leninskoi premii.

Itak, ves' ili pochti ves' argon-40 proizoshel na Zemle ot kaliya-40. Poetomu tyazhelyi izotop i dominiruet v zemnom argone.

Etim faktorom ob'yasnyaetsya, kstati, odna iz anomalii periodicheskoi sistemy. Vopreki pervonachal'nomu principu ee postroeniya - principu atomnyh vesov - argon postavlen v tablice vperedi kaliya. Esli by v argone, kak i v sosednih elementah, preobladali legkie izotopy (kak eto, po-vidimomu, imeet mesto v kosmose), to atomnyi ves argona byl by na dve-tri edinicy men'she...

Teper' o legkih izotopah.

Otkuda berutsya ³⁶Ar i ³⁸Ar? Ne isklyucheno, chto kakaya-to chast' etih atomov reliktovogo proishozhdeniya, t.e. chast' legkogo argona prishla v zemnuyu atmosferu iz kosmosa pri formirovanii nashei planety i ee atmosfery. No bol'shaya chast' legkih izotopov argona rodilas' na Zemle v rezul'tate yadernyh processov.

Veroyatno, eshe ne vse takie processy obnaruzheny. Skoree vsego nekotorye iz nih davno prekratilis', tak kak ischerpalis' korotkozhivushie atomy-"roditeli", no est' i ponyne protekayushie yadernye processy, v kotoryh rozhdayutsya argon-36 i argon-38. Eto beta-raspad hlora-36, obstrel al'fa-chasticami (v uranovyh mineralah) sery-33 i hlora-35:

³⁶₁₇Cl  ³⁶₁₈Ar + ⁰_-1e + .

³³₁₆S + ⁴₂He  ³⁶₁₈Ar + ¹₀n.

³⁵₁₇Cl + ⁴₂He  ³⁸₁₈Ar + ¹₀n + ⁰₊₁e.

V materii Vselennoi argon predstavlen eshe obil'nee, chem na nashei planete. Osobenno mnogo ego v veshestve goryachih zvezd i planetarnyh tumannostei. Podschitano, chto argona v kosmose bol'she, chem hlora, fosfora, kal'ciya, kaliya - elementov, ves'ma rasprostranennyh na Zemle.

V kosmicheskom argone glavenstvuyut izotopy ³⁶Ar i ³⁸Ar, argona-40 vo Vselennoi ochen' malo. Na eto ukazyvaet mass-spektral'nyi analiz argona iz meteoritov. V tom zhe ubezhdayut podschety rasprostranennosti kaliya. Okazyvaetsya, v kosmose kaliya primerno v 50 tys. raz men'she, chem argona, v to vremya kak na Zemle ih sootnoshenie yavno v pol'zu kaliya - 660 : 1. A raz malo kaliya, to otkuda zhe vzyat'sya argonu-40?!

Kak dobyvayut argon

Zemnaya atmosfera soderzhit 66 ^. 1013 t argona. Etot istochnik argona neischerpaem, tem bolee chto prakticheski ves' argon rano ili pozdno vozvrashaetsya v atmosferu, poskol'ku pri ispol'zovanii on ne preterpevaet nikakih fizicheskih ili himicheskih izmenenii. Isklyuchenie sostavlyayut ves'ma neznachitel'nye kolichestva izotopov argona, rashoduemye na poluchenie v yadernyh reakciyah novyh elementov i izotopov.

Poluchayut argon kak pobochnyi produkt pri razdelenii vozduha na kislorod i azot. Obychno ispol'zuyut vozduhorazdelitel'nye apparaty dvukratnoi rektifikacii, sostoyashie iz nizhnei kolonny vysokogo davleniya (predvaritel'noe razdelenie), verhnei kolonny nizkogo davleniya i promezhutochnogo kondensatora-isparitelya. V konechnom schete azot otvoditsya sverhu, a kislorod - iz prostranstva nad kondensatorom.

Letuchest' argona bol'she, chem kisloroda, no men'she, chem azota. Poetomu argonnuyu frakciyu otbirayut v tochke, nahodyasheisya primerno na treti vysoty verhnei kolonny, i otvodyat v special'nuyu kolonnu. Sostav argonnoi frakcii: 10...12% argona, do 0,5% azota, ostal'noe - kislorod. V "argonnoi" kolonne, prisoedinennoi k osnovnomu apparatu, poluchayut argon s primes'yu 3...10% kisloroda i 3...5% azota. Dal'she sleduet ochistka "syrogo" argona ot kisloroda (himicheskim putem ili adsorbciei) i ot azota (rektifikaciei). V promyshlennyh masshtabah nyne poluchayut argon do 99,99%-noi chistoty. Argon izvlekayut takzhe iz othodov ammiachnogo proizvodstva - iz azota, ostavshegosya posle togo, kak bol'shuyu ego chast' svyazali vodorodom.

Argon hranyat i transportiruyut v ballonah emkost'yu 40 l, okrashennyh v seryi cvet s zelenoi polosoi i zelenoi nadpis'yu. Davlenie v nih 150 atm. Bolee ekonomichna perevozka szhizhennogo argona, dlya chego ispol'zuyut sosudy Dyuara i special'nye cisterny.

Iskusstvennye radioizotopy argona polucheny pri obluchenii nekotoryh stabil'nyh i radioaktivnyh izotopov (³⁷Cl, ³⁶Ar, ⁴⁰Ar, ⁴⁰Sa) protonami i deitonami, a takzhe pri obluchenii neitronami produktov, obrazovavshihsya v yadernyh reaktorah pri raspade urana. Izotopy ³⁷Ar i ⁴¹Ar ispol'zuyutsya kak radioaktivnye indikatory: pervyi - v medicine i farmakologii, vtoroi - pri issledovanii gazovyh potokov, effektivnosti spetom ventilyacii i v raznoobraznyh nauchnyh issledovaniyah. No, konechno, ne eti primeneniya argona samye vazhnye.

"Nedeyatel'nyi" - deyatel'nyi

Kak samyi dostupnyi i otnositel'no deshevyi blagorodnyi gaz argon stal produktom massovogo proizvodstva, osobenno v poslednie desyatiletiya.

Pervonachal'no glavnym potrebitelem elementa N 18 byla elektrovakuumnaya tehnika. I seichas podavlyayushee bol'shinstvo lamp nakalivaniya (milliardy shtuk v god) zapolnyayut smes'yu argona (86%) i azota (14%). Perehod s chistogo azota na etu smes' povysil svetootdachu lamp. Poskol'ku v argone udachno sochetayutsya znachitel'naya plotnost' s maloi teploprovodnost'yu, metall niti nakalivaniya isparyaetsya v takih lampah medlennee, peredacha tepla ot niti k kolbe v nih men'she. Ispol'zuetsya argon i v sovremennyh lyuminescentnyh lampah dlya oblegcheniya zazhiganiya, luchshei peredachi toka i predohraneniya katodov ot razrusheniya.

Odnako v poslednie desyatiletiya naibol'shaya chast' poluchaemogo argona idet ne v lampochki, a v metallurgiyu, metalloobrabotku i nekotorye smezhnye s nimi otrasli promyshlennosti. V srede argona vedut processy, pri kotoryh nuzhno isklyuchit' kontakt rasplavlennogo metalla s kislorodom, azotom, uglekislotoi i vlagoi vozduha. Argonnaya sreda ispol'zuetsya pri goryachei obrabotke titana, tantala, niobiya, berilliya, cirkoniya, gafniya, vol'frama, urana, toriya, a takzhe shelochnyh metallov. V atmosfere argona obrabatyvayut plutonii, poluchayut nekotorye soedineniya hroma, titana, vanadiya i drugih elementov. Produvka argonom zhidkoi stali namnogo povyshaet ee kachestvo.

Uzhe sushestvuyut metallurgicheskie cehi ob'emom v neskol'ko tysyach kubometrov s atmosferoi, sostoyashei iz argona vysokoi chistoty. V etih cehah rabotayut v izoliruyushih kostyumah, a dyshat podavaemym cherez shlangi vozduhom (vydyhaemyi vozduh otvoditsya takzhe cherez shlangi); zapasnye dyhatel'nye apparaty zakrepleny na spinah rabotayushih.

Zashitnye funkcii vypolnyaet argon i pri vyrashivanii monokristallov (poluprovodnikov, segnetoelektrikov), a takzhe v proizvodstve tverdosplavnyh instrumentov. Produvkoi argona cherez zhidkuyu stal' iz nee udalyayut gazovye vklyucheniya. Eto uluchshaet svoistva metalla.

Vse shire primenyaetsya dugovaya elektrosvarka v srede argona. V argonnoi strue mozhno svarivat' tonkostennye izdeliya i metally, kotorye prezhde schitalis' trudnosvarivaemymi.

Ne budet preuvelicheniem skazat', chto elektricheskaya duga v argonnoi atmosfere vnesla perevorot v tehniku rezki metallov. Process namnogo uskorilsya, poyavilas' vozmozhnost' rezat' tolstye listy samyh tugoplavkih metallov. Produvaemyi vdol' stolba dugi argon (v smesi s vodorodom) predohranyaet kromki razreza i vol'framovyi elektrod ot obrazovaniya okisnyh, nitridnyh i inyh plenok. Odnovremenno on szhimaet i koncentriruet dugu na maloi poverhnosti, otchego temperatura v zone rezki dostigaet 4000...6000^oC. K tomu zhe eta gazovaya struya vyduvaet produkty rezki. Pri svarke v argonnoi strue net nadobnosti vo flyusah i elektrodnyh pokrytiyah, a stalo byt', i v zachistke shva ot shlaka i ostatkov flyusa.

Takovy vazhneishie primeneniya argona. On stal nuzhen mnogim otraslyam nauki i tehniki, v tom chisle samym sovremennym otraslyam. Ne sleduet, odnako, schitat', chto vse vozmozhnosti elementa N 18 uzhe ischerpany. Naskol'ko izvestno, namechaetsya vovlechenie v tehniku dazhe tverdogo argona: v Fizicheskom institute Akademii nauk SSSR ego kristally (kak, vprochem, i drugie blagorodnye gazy v tverdom sostoyanii) issledovali kak vozmozhnyi material dlya lazerov, rabotayushih v ul'trafioletovom diapazone.

Stremlenie ispol'zovat' svoistva i vozmozhnosti sverhchistyh materialov - odna iz tendencii sovremennoi tehniki. Dlya sverhchistoty nuzhny inertnye zashitnye sredy, razumeetsya, tozhe chistye; argon - samyi deshevyi i dostupnyi iz blagorodnyh gazov. Poetomu ego proizvodstvo i potreblenie roslo, rastet i budet rasti.

Predskazanie N. Morozova

V yanvare 1881 g. v Petropavlovskuyu, a zatem v Shlissel'burgskuyu krepost' za revolyucionnuyu deyatel'nost' byl zatochen russkii uchenyi-samorodok, chelovek enciklopedicheskogo uma Nikolai Morozov. Chetvert' veka provel on v zaklyuchenii. V zhutkih usloviyah kazemata on produmal i napisal okolo 60 knig i statei po razlichnym voprosam estestvoznaniya. Razvivaya idei Mendeleeva, on postroil tablicu "mineral'nyh elementov", v kotoroi v otlichie ot mendeleevskoi tablicy byla poslednyaya gruppa; v nee Morozov vklyuchil predpolagaemye himicheski ne aktivnye elementy s atomnymi massami 4, 20, 36 (ili 40), 82 i t.d. Pozzhe, v 1903 g., on pisal: "Analogiya podskazyvala, chto nedostayushie elementy dolzhny byt'... gazoobraznymi... Iskat' ih, po teorii, sledovalo imenno v atmosfere... Atomy u etih bezvalentnyh... gazov ne dolzhny byt' menee prochny, chem u ostal'nyh elementov.

...Velika byla moya radost', kogda vpervye doshla do menya vest' ob otkrytii Ramzaem i Releem pervogo vestnika iz etoi nedostavavshei serii elementov - argona!"

I u velikih byvayut oshibki

Ob odnoi iz takih oshibok rasskazyval v avtobiograficheskom ocherke Ramzai. Posle szhizheniya syrogo argona on obnaruzhil na stenkah sosuda kakoe-to veshestvo, pri isparenii kotorogo obrazovalsya gaz. Spektr gaza byl neobychnym, i uchenyi pospeshil soobshit' ob otkrytii eshe odnogo komponenta vozduha, kotoryi on nazval metargonom. No pri posleduyushei proverke okazalos', chto etot neobychnyi spektr dala... smes' argona s CO. Otkuda popala v zhidkii vozduh okis' ugleroda - skazat' trudno. Vazhno, chto i v etoi - malo priyatnoi dlya uchenogo - situacii Ramzai okazalsya na vysote. Vot ego sobstvennye slova po etomu povodu: "Dostoino sozhaleniya, konechno, esli sluchaetsya obnarodovat' nechto netochnoe. Tem ne menee ya osmelivayus' dumat', chto sluchainaya oshibka izvinitel'na... Nepogreshimym byt' nevozmozhno, a v sluchae oshibok naidetsya vsegda ochen' bol'shoe chislo druzei, kotorye bystro ispravyat oshibku".

---

<< Hlor | Oglavlenie | Kalii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>